Средства и технологии обработки графической информации. 2

Оглавление

Введение 2

1. Средства  и технологии обработки графической  информации 3

2. Типы компьютерной  графики 6

3. Понятие  цвета в компьютерной графике 14

Заключение 16

4. Практическая  часть. (Вариант-21) 17

Список использованной литературы 24

Приложения 25

Введение

В данной работе мне предстоит рассмотреть о тему - Средства и технологии обработки графической информации. Это тема актуальна в данное время, потому что компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики сейчас в России, да и во  все мире. Графическое представление информации используется повсюду в рекламе, бизнесе,  и даже в искусстве. Она помогает людям зарабатывать деньги поэтому происходит постоянное совершенствование старых и  разработка новых технологий в обработке графического изображения. В работе я рассмотрю три основных способа формирования изображения - это растровый, векторный и фрактальный. Выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением, потому что и тот и другой имеет ряд достоинств и некоторые недостатки. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате.

В практической части работы (№21) предстоит: построить данные по условию таблицы и заполнить  их, выполнив консолидацию по расположению данных, а так же  построить  гистограмму по данным, которые мы получим в результате решения  задачи.

Работа будет выполнена  на ПК: Windows XP Professional (версия 2002 г.), с использованием программ: Microsoft Word  и Microsoft Excel.

1. Средства и технологии обработки графической информации

Представление данных в графическом  виде на мониторе компьютера стало  использоваться в середине 50-х годов  в военных  целях и в помощь  научным исследованиям. В то время, ЭВМ были очень велики по размеру  и могли занимать целую комнату. С тех пор компьютеры совсем изменились, и вместе с ними модернизировались и все технологии обработки графической информации. Они используются теперь не только в секретных и военных целях, а стали неотъемлемой частью нашего быта. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом «де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.

Обработка графической информации в данное время является весьма широкой  областью научного знания. Поэтому  выделяют целую область информатики, которая описывает методы и средства создания и обработки изображения  на ЭВМ. Она называется - компьютерная графика. [2, C. 57]

       Современные компьютеры все шире применяются для построения изображений (рисунков), используемых в научных исследованиях; для наглядного представления результатов; в конструкторских разработках, тренажерах, компьютерных играх; в инженерном, издательском, рекламном деле и других областях. Компьютерная графика служит основой анимации, под которой понимается изменение вида, формы, размеров, расположения объектов на экране, создающее эффект мультипликации. Различают три основных типа компьютерной графики: растровая, векторная и фрактальная. Обычно особо выделяют еще трехмерную (3D — three‑dimensional) графику как средство построения объемных изображений. По цветности различают черно-белую и цветную компьютерную графику, а по областям применения — инженерную, научную, деловую, игровую (развлекательную) компьютерную графику, компьютерную полиграфию и другие типы.

Любая информация, в том  числе и графическая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении  физическая величина принимает бесконечное  множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную производится путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию можно сравнить с построением изображения из мозаики. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета.

Можно сказать, что компьютерная графика - это одно из самых интенсивно развивающихся и перспективных  направлений информатики. Потому что  это область касается всей нашей  жизни с утра до вечера, всего  нашего материального мира; работы, учебы, развлечений, даже голливудские фильмы, которые мы смотрим, и которые  восхищают нас своей правдоподобностью  спецэффектов, и то результат работы в области компьютерной графики.

Все изобилие изображений, используемых на компьютере можно разделить на три большие группы

1) 2D-графика, в которой  создаются только плоские изображения.

2) Трехмерное изображение  или 3D-графика 

3) Анимационная графика

Создание изображения  производиться с помощью специальных  инструментов - графических редакторов. А хранение осуществляется в файлах графических формата. Графический  файл содержит представление изображения  на внешнем устройстве, размер, разрешение, степень и способ сжатия и.т.п., а так же специфическую для каждого графического редактора информации (например, информацию о кривых содержат файлы Corel Draw, файлы  Photoshop-информацию о слоях, каналах и.т.д.). При записи на носитель, каждый графический редактор кодирует эту информацию определенным образом. Способ записи в файл и совокупность информации об изображении, которое там содержаться называется форматом графического файла. В общем случае, все графические форматы можно разделить на две группы:

1) Форматы общего назначения, содержащие только само изображение и предназначенные для хранения, переноса или просмотра изображения (qif, tiff, jpeg  и др.)

2) Специфические форматы,  ни используются для хранения  промежуточных результатов редактирования  изображений (например, cdr, ai и др.) [3, C. 37]

В зависимости от способа  формирования изображения компьютерную графику можно разделить на растровую, векторную и фрактальную. Рассмотрим  эти три типа компьютерной графики  подробнее.

2. Типы компьютерной графики

Растровая графика

Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или точек цветов (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах. Важными характеристиками изображения являются:

- количество пикселов — разрешение. Может указываться отдельно количество пикселов по ширине и высоте (1024*768, 640*480,...) или же, редко, общее количество пикселей (часто измеряется в мегапикселах);

- количество используемых цветов или «глубина цвета» (эти характеристики имеют следующую зависимость: , где N - количество цветов, а I - глубина цвета);

- цветовое пространство (цветовая модель) RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

Растровую графику редактируют  с помощью растровых графических  редакторов. Создается растровая  графика фотоаппаратами, сканерами,непосредственно  в растровом редакторе, также  путем экспорта из векторного редактора или в виде скриншотов.

Суть принципа точечной графики: если надо закодировать какой-то объект, то на него "накладываем" сетку  и создаем матрицу (таблицу) той  же размерности, заполняя единицами  ячейки, наложенные на объект, и нулями вне объекта. Если границы оригинал-объекта  параллельны границам ячеек сетки, получается идеальная матрица (bitmap) из нулевых и единичных битов, которая представляет закодированное изображение объекта. Если эту матрицу  вывести на экран или принтер  или на диск для хранения, то получим  оттиск объекта. Таким образом, с  помощью отдельных блоков можно закодировать объект - известный древний способ рисования по клеточкам. (Приложение 1)¹

Достоинства растровой  графики:

- Растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности, в отличие, например, от векторной, где невозможно точно передать эффект перехода от одного цвета к другому без потерь в размере файла.

Распространённость —  растровая графика используется сейчас практически везде: от маленьких  значков до плакатов.

- Высокая скорость обработки сложных изображений, если не нужно масштабирование.

-Растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (за исключением векторных), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры.

Недостатки растровой графики:

- Большой размер файлов с простыми изображениями.

- Невозможность идеального масштабирования.Невозможность вывода на печать на плоттер.

- Из за этих недостатков для хранения простых рисунков рекомендуют вместо даже сжатой растровой графики использовать векторную графику.

Форматы:

Растровые изображения обычно хранятся в сжатом виде. В зависимости  от типа сжатия может быть возможно или невозможно восстановить изображение  в точности таким, каким оно было до сжатия (сжатие без потерь или  сжатие с потерями соответственно). Так же в графическом файле  может храниться дополнительная информация: об авторе файла, фотокамере и её настройках, количестве точек  на дюйм при печати и др.

- BMP или Windows Bitmap — обычно используется без сжатия, хотя возможно использование алгоритма RLE.

- GIF (Graphics Interchange Format) — устаревающий формат, поддерживающий не более 256 цветов одновременно. Всё ещё популярен из за поддержки анимации, которая отсутствует в чистом

- PNG, хотя ПО начинает поддерживать APNG.

- PCX устаревший формат, позволявший хорошо сжимать простые рисованые изображения (при сжатии группы подряд идущих пикселов одинакового цвета заменяются на запись о количестве таких пикселов и их цвете).

- PNG (Portable Network Graphics) .

- JPEG очень широко используемый формат изображений. Сжатие основано на усреднении цвета соседних пикселей(информация о яркости при этом не усредняется) и отбрасывании высокочастотных составляющих в пространственном спектре фрагмента изображения. При детальном рассмотрении сильно сжатого изображения заметно размытие резких границ и характерный муар вблизи них.

- TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, разные настройки сжатия (как с потерями, так и без) и др.

- RAW хранит информацию, непосредственно получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогичного устройства без применения к ней каких-либо преобразований, а также хранит настройки фотокамеры.

Позволяет избежать потери информации при применении к изображению  различных преобразований (потеря информации происходит в результате округления и выхода цвета пиксела за пределы  допустимых значений). Используется при  съёмке в сложных условиях (недостаточная  освещённость, невозможность выставить  баланс белого и т.п.) для последующей  обработки на компьютере (обычно в  ручном режиме). Практически все  полупрофессиональные и профессиональные цифровые фотоаппараты позволяют сохранять RAW изображения. Формат файла зависит  от модели фотоаппарата, единого стандарта  не существует

К программным средствам  обработки растровой графики  относятся растровые графические  редакторы: GIMP, Paint.NET, Tux Paint, Adobe Photoshop, Adobe Fireworks, Corel Photo-Paint, Corel Paint Shop Pro, Corel Painter, Microsoft Paint. [ 5 ]

Векторная графика

Вид кодировки графических изображений, основанный на геометрии, но не точек (как  в растровой графике), а кривых. В качестве сплайнов выбраны кривые Безье. (Пьер Безье - французский математик, рассчитывал сплайны корпуса  автомобилей). (Приложение2)²

Сплайн - основное понятие векторной  графики. Линейные картинки - это сплайны. На сплайнах построены современные  шрифты TryeType и PostScript. Суть сплайна: любую  элементарную кривую можно построить, зная четыре коэффициента P0, P1, P2 и P3, соответствующие четырем точкам на плоскости. Перемещая эти точки, меняем форму кривой.                                                                                                                   Примером векторной графики служат работы, созданные в графическом редакторе CorelDraw. В отличие от растра векторное изображение состоит из отдельных линий-направляющих (векторов) которые образуют изображение. В файле хранится информация не о каждой точке, а об элементах, из которых состоит изображение, т.е. о направляющих из которых она создана. Векторные изображения занимают сравнительно небольшой объем и легки в редактировании. Любой элемент картинки может быть изменен отдельно от других. Изображение легко меняет размер, не теряя качества и сохраняя первоначальную композицию (расположение элементов) Вектор пластичен, что позволяет отображать его на устройствах с различной разрешающей способностью одинаково качественно. Но изображения векторной графики просты по визуальному восприятию и в основном выглядят "нарисованными".

Достоинства векторной  графики:

- Малый объем памяти. При кодировании векторного изображения хранится не само изображение объекта, а координаты четырех точек, поэтому объем памяти очень мал по сравнению с точечной графикой. Вывод: Векторная графика - очень экономичный способ кодирования. Она экономна в плане объемов дискового пространства, необходимого для хранения изображений: это связано с тем, что сохраняется не само изображение, а только некоторые основные данные, используя которые программа всякий раз воссоздает изображение заново. Кроме того, описание цветовых характеристик несильно увеличивает размер файла.  - Свобода трансформации. Векторное изображение можно вращать, масштабировать без потери качества изображения. Объекты векторной графики просто трансформируются и ими легко манипулировать, что не оказывает практически никакого влияния на качество изображения.

- Аппаратная независимость. Векторная графика "работает" с идеальными объектами, которые сами приноравливаются к изменениям: можно не знать, для каких устройств делается тот или иной документ. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет настолько качественным, на сколько способно данное устройство.

Недостатки векторной  графики:

- Программная зависимость. Каждая программа строит кривые Безье по своим алгоритмам. (Например, формат .cdr программы Corel Draw не описан и является нестандартным). Часто необходимо конвертирование. Каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате, поэтому изображение, созданное в одном векторном редакторе, как правило, не конвертируется в формат другой программы без погрешностей

- Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство подобное сканеру для растровой графики.

- Векторная графика действительно ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений.                                                                                                              Как видно растровый способ предоставления информации существенно отличается от векторного. (Приложение3)³

Таким образом, выбор растрового или векторного формата зависит от целей и задач работы с изображением. Если нужна фотографическая точность цветопередачи, то предпочтительнее растр. Логотипы, схемы, элементы оформления удобнее представлять в векторном формате. Понятно, что и в растровом и в векторном представлении графика (как и текст) выводятся на экран монитора или печатное устройство в виде совокупности точек. В Интернете графика представляется в одном из растровых форматов, понимаемых броузерами без установки дополнительных модулей – GIF, JPG, PNG.

Без дополнительных плагинов (дополнений) наиболее распространенные броузеры понимают только растровые форматы – .gif, .jpg и .png (последний пока мало распространен). На первый взгляд, использование векторных  редакторов становится неактуальным. Однако большинство таких редакторов обеспечивают экспорт в .gif или .jpg с  выбираемым пользователем разрешением. А рисовать начинающим художникам проще  именно в векторных средах – если рука дрогнула и линия пошла не туда, получившийся элемент легко  редактируется. При рисование в  растровом режиме есть  риск непоправимо  испортить фон. [6]      

Фрактальная графика

Фрактальная графика Фрактальная  графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной  графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в  памяти компьютера не хранится и изображение  строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные  иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты. (Приложение 4)⁴

3. Понятие цвета в компьютерной графике

Цвет чрезвычайно важен в  компьютерной графике как средство усиления зрительного впечатления  и повышение информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется  человеческим мозгом в результате анализа  светового потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или  отражающих объектов. Считается, что  цветовые рецепторы подразделяются на три группы, каждая из которых  воспринимает только один единственный цвет - красный, зеленый или синий.

Световой поток формируется  излучениями, представляющими собой  комбинацию трех "чистых" спектральных цветов (красный, зеленый, синий) и их производных. В излучающих объектах световое излучение суммируется, поэтому  для излучающих объектов характерно аддитивное цветовоспроизведение. Для  отражающих объектов - субтрактивное  цветовоспроизведение (световые излучения  вычитаются). Примером объекта первого  типа является электронно-лучевая трубка монитора, второго типа - полиграфический  отпечаток. [ 9 ]

Битовая глубина (глубина цвета, цветовое разрешение)

Цветовое разрешение определяет метод  кодирования цветовой информации, и  от него зависит то, сколько цветов на экране может отображаться одновременно. Для кодирования двухцветного (черно-белого) изображения достаточно выделить по одному биту на представления цвета  каждого пикселя.

Одним байтом можно закодировать 256 различных цветов (28 цветов). Если на кодирование цвета выделить два  байта, то можно закодировать 65536 различных  цветов (216 цветов). Если для кодирования  использовать 3 байта, то - 16,5 млн. цветов (224 цветов). Этот режим позволяет создать на экране изображение, не уступающие по качеству цвета живой природе. [ 8 ]

Одним из перспективных приложений средств компьютерной графики становятся в последнее время настольные типографии (desktop publisher) для печати малотиражных изданий, реклам, извещений, объявлений, листовок, а также настольные издательские системы, применяемые для оформления (верстки) документов, предназначенных  для полиграфических изданий. Наиболее известными из настольных издательских систем являются QuarkXPress и PageMaker. Процесс  верстки документа состоит в  оформлении текста и взаимного расположения текста и иллюстраций на основе оконной  технологии. Цель верстки — создание оригинал-макета, пригодного для последующего размножения документа полиграфическими средствами. Работа с настольными  издательскими системами является объектно-ориентированной, объектами  работы служат блоки текста, рисунки  и стандартные элементы оформления (линии, рамки и т.п.), причем блоки  текста и рисунки могут быть подготовлены заранее с помощью текстовых  и графических редакторов. Пользователю настольной издательской системы предоставляется  набор действий, оформленных как  меню, панель инструментов, панель размеров и панель макета документа. Для хранения наборов объектов, созданных пользователями, имеются библиотеки, которые можно  пополнять в ходе работы. Из библиотек  можно извлекать копии текстовых  и графических объектов, используемых в верстке. Имеется также широкий  набор средств для работы с  цветом. [ 6 ]

В заключение отметим, что техника  квалифицированной работы с компьютерной графикой и настольными издательскими  системами требует большого опыта  ввиду многообразия имеющихся средств  и манипуляций с ними.

Заключение

   В последние годы  компьютерная графика является  одним из наиболее интенсивно  развивающихся направлений в  информатике. Визуализация данных  находит применение в самых  разных сферах  современной человеческой  деятельности т.к. в век информационных  технологий это область очень  востребована, потому-то взаимосвязана  почти со всеми научными разработками. Существует несколько классических  способов формирования изображения.  И у каждого метода существует  как ряд плюсов, так и недостатки. И каждый метод применяется  пока лишь для конкретной цели. Например, в силу своих особенностей (масштабирование без потери качества  изображения, маленький размер  и др.) векторная графика используется в полиграфии (шрифты, логотипы) и в Интернете (анимации, интерфейс,баннеры). В то же время растровая графика обладает качествами, которых нет в векторной (возможно независимое редактирование каждой детали изображения, вплоть до пикселя). Растровая графика незаменима в изображениях, которые очень сложны и которых невозможно описать математическими формулами (яркий тому пример - фотографии), к тому же она появилась раньше растровой и лучше освоена. Именно поэтому растровая графика применяется практически во всех областях, связанных с компьютерной графикой. [ 5 ]

  Можно с уверенностью утверждать, что именно  компьютерная графика   является, и будет являться основной  частью научного прогресса. Потому  что это область основана на  передовых достижениях фундаментальных  и прикладных наук. И пока развивается  наука, будут совершенствоваться  и  средства обработки графической  информации.

4. Практическая часть. (Вариант-21)

 Общая характеристика задачи

1. Построить таблицы по приведенным данным о доходах членов семьи (рис. 21.1 и 21.2) и о расходах семьи (рис. 21.3) за квартал.
2. Заполнить таблицу на рис. 21.4 числовыми данными о доходах семьи за квартал, выполнив консолидации по расположению данных.
3. Составить таблицу планирования бюджета семьи на квартал (рис. 21.5).
4. По данным о бюджете семьи на квартал (рис. 21.5) построить гистограмму.

Доходы Чижовой  М.А. за квартал 2006 г., руб.

Рис. 21.1 Доходы Чижовой М.А. за квартал

Доходы Чижова А.С. за квартал 2006 г., руб.

Рис. 21.1 Доходы Чижова А.С. за квартал

Расходы семьи  Чижовых за квартал 2006 г., руб.

Рис. 21.3 Расходы Чижовых за квартал

Доходы семьи  Чижовых за 1 квартал 2006 г.

Рис. 21.4  Доходы семьи Чижовых за квартал

Бюджет семьи  Чижовых за 1 квартал 2006 г.

Рис 21.5. Бюджет семьи Чижовых за квартал

[ 4, C. 53-54

 Описание алгоритма решение задачи

1. Запустим MS Excel.
2. Создадим книгу с именем «Бюджет семьи Чижовых».
3. Лист 1 переименуем в лист с названием «Доходы».
4. На рабочем листе «Доходы» создадим таблицы: «Доходы Чижовой М.А. за квартал» и «Доходы Чижова А.С. за квартал».
5. Заполним таблицы доходов исходными данными.

  Рис. 1

6. Переименуем Лист 2 в  лист с названием «Расходы».

7. На рабочем листе «Расходы» создадим таблицу: «Расходы семьи Чижовых за квартал»

8. Заполним таблицу исходными  данными.

                                                                            Рис. 2

9. Заполним строку «Сумма доходов в месяц» таблиц «Доходы Чижовой М.А. за квартал» и «Доходы Чижова А.С. за квартал», находящиеся на листе «Доходы» следующим образом:

Занесем в ячейку В5 формулу: =В3+В4.

Размножим введенную в  ячейку В5 формулу для остальных  ячеек (с С5 по Е5) данной строки.

Аналогично в ячейку В11занесем  формулу: =В9+В10.

И также размножим эту  формулу (занесенную в ячейку В11) для  остальных ячеек (с С11 по Е11) данной строки.

Таким образом, будет автоматически  подсчитаны суммы дохода в месяц. Рис. 3

10. Заполним строку «Суммарный расход в месяц» таблицы «Расход Чижовых за квартал», находящейся на листе «Расходы» следующим образом:

Занесем в ячейку В9 формулу:  =СУММ(B3:B8).

Размножим данную формулу  для остальных ячеек (с С9 по Е9) данной строки.

Таким образом, будет автоматически  подсчитана сумма расхода в месяц.